[發明專利]鋰離子電池凝膠電解液

有效

• 申請號: 201410108645.7
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103872379B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 解來勇;陳輝;江輝;張新枝;孫成棟;鄧耀明
• 申請（專利權）人: 東莞新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司44202
• 代理人: 王基才,王冬華

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，更具體地說，本發明涉及一種性能良好的鋰離子電池凝膠電解液。

背景技術

鋰離子電池由于具有電壓高、體積小、重量輕、能量密度高和循環壽命長等優點，已獲得了市場的主導地位。

目前，鋰離子電池的電解液分為液態電解液和凝膠電解液。其中，液態電解液的特點是電化學性能穩定可靠，但卻普遍存在安全性差、電池硬度不夠易變形等問題。相比之下，凝膠電解液體系將流動態的溶劑分子固定在高分子凝膠骨架內，因不存在或較少存在游離態的溶劑而減小了電解液滲漏的風險，有效地降低了電池體系的燃燒性，進而提高了電池的安全性；同時，由于高分子骨架將整個電芯連成一個整體，因此有利于減少電芯變形和膨脹。

現有凝膠電解液一般是向液態電解液中添加可聚合單體制備而成的，所添加的可聚合單體可溶于液態電解液，生成的聚合物也可溶于液態電解液。由于凝膠電解液前體中可聚合單體的濃度較低時，會不足以使液態電解液轉換為凝膠電解液，因此往往需要添加較多的可聚合單體；但可聚合單體的濃度較高時，所生成的凝膠電解液中的聚合物濃度也較高，又會引發鋰離子傳導困難，以致出現鋰離子電導率低、容易析鋰等一系列電化學性能問題。

有鑒于此，確有必要提供一種力學性能、電化學性能以及安全性全都良好的鋰離子電池凝膠電解液。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種力學性能、電化學性能以及安全性全都良好的鋰離子電池凝膠電解液；本發明的另一個目的在于降低鋰離子電池凝膠電解液合成所需的可聚合單體使用量。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種鋰離子電池凝膠電解液，其前體包括液態電解液、可聚合單體A、可聚合單體B和引發劑，所述液態電解液包括液態非水有機溶劑和鋰鹽，其中，可聚合單體B的競聚率r_B與可聚合單體A的競聚率r_A的比值為1.5～5；同時，可聚合單體B、可聚合單體B的均聚物以及可聚合單體A都可溶于所述液態非水有機溶劑，但可聚合單體A的均聚物不溶于液態非水有機溶劑。

在上述凝膠電解液前體發生聚合反應的初期，由于可聚合單體B的反應活性高，初期AB共聚物中可聚合單體B的單體單元含量相對較高，因此初期AB共聚物可溶于液態電解液中；在聚合反應的中后期，由于可聚合單體B的含量和濃度降低，中后期AB共聚物中可聚合單體A的單體單元含量相對上升，因此中后期AB共聚物不溶于液態電解液中而析出；此時，由于可溶解于液態電解液的初期AB共聚物的分散作用，中后期AB共聚物沉淀形成的小顆粒將分散于液態電解液當中，并在反應達到一定程度時形成凝膠。由于中后期AB共聚物沉淀形成的小顆?？梢云鸬筋愃朴谖锢斫宦擖c作用，因此本發明可以減少凝膠電解液前體的可聚合單體用量；同時，由于上述小顆粒在凝膠網絡中也可起到增強作用，因此能夠有效提高凝膠電解液的力學強度。

限定可聚合單體B的競聚率r_B與可聚合單體A的競聚率r_A之比為1.5～5的原因是：如果可聚合單體A的反應活性過高，會導致聚合反應早期出現聚合物沉淀并絮凝，從而造成電解液體系不均勻；如果可聚合單體B的反應活性過高，則會導致凝膠電解液的力學強度降低。

作為本發明鋰離子電池凝膠電解液的一種改進，所述可聚合單體在凝膠電解液前體中的質量分數為0.5～6％；所述可聚合單體A在整個凝膠電解液前體中的質量分數為0.1～3％，可聚合單體B在整個凝膠電解液前體中的質量分數為0.25～5％。這是因為：當可聚合單體的含量過少時，可能導致不能凝膠；當可聚合單體含量過高時，生成的凝膠電解液聚合物濃度高，易于引起鋰離子傳導速率過慢，導致鋰離子電池電化學較差。

作為本發明鋰離子電池凝膠電解液的一種改進，所述可聚合單體還包括具有至少2個可聚合雙鍵的可聚合單體C；可聚合單體C可溶于所述液態非水有機溶劑，其在整個凝膠電解液前體中的質量分數為0～3％。由于可聚合單體C具有至少2個可聚合雙鍵，因此其能促進凝膠作用，進一步減少可聚合單體的用量，而且所形成的聚合物具有網狀結構，從而進一步提高凝膠電解液的抗力學性能。

作為本發明鋰離子電池凝膠電解液的一種改進，所述可聚合單體A為丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、苯乙烯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十二酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯中的一種或多種。